课程详细信息

课程代码 :
F100522
课程名称 :
计算结构力学
课程英文名称 :
Computation Structural Mechanics
课程简称:
类型 :
院系
开课学期:
春季
学科/院系:
(010)船舶海洋与建筑工程学院
课程学分:
2.5
是否跨学期 :
否
总学时:
45
实验课学时 :
讨论学时 :
周学时 :
课程性质 :
专业课
课程层次 :
硕士课程
课程分类 :
全日制课程
课程类型 :
硕士非学位课
考试方式:
上课方式:
课程教材语种类型:
英文教材
授课语言类型:
仅英文
成绩等级 :
通过不通过
是否绩点统计 :
否
开课状态 :
开课
任课老师:
课程简介 :
这门课原是刘西拉教授1985年从美国PURDUE大学带回国的两门研究生课程，从1986年至1999年，此课一直在清华大学用英语讲授。1998年底刘西拉教授调到上海交大后，2001年开始在上海交大开设此课，将两门课压缩成一门，教学理念和内容不断更新，形成目前电子版本的教案。目前这门课是本院研究生最喜爱的课程之一。 结构力学是工程结构专业最重要的基础课之一。随着计算机科学技术的发展，现代工程人才的知识结构已经扩大成实验－理论－计算三极结构。结构力学的内容也相应扩大，包涵理论结构力学、定性结构力学和计算结构力学三部分。目前讲授的计算结构力学是一门针对硕士研究生开设的课程，共36学时。 这门课没有像其他大学一样称之为“程序结构力学”，而是有我们自己的特色。原因是：这门课的主要目的是教育学生如何利用计算机这个工具来分析结构在外力和环境作用下的各种性能，重点是应该放在要生掌握求解的各种物理过程（包括平衡、协调和本构关系）是如何通过矩阵方法实现的。这门课主要目的不应该是教程序，因为程序可以有多种，不同的程序之间都是相通的，从不同的方式都可以实现分析的目的。没有必要用一种语言作为教学的载体，这将限制学生的思维。计算语言可以是多种，学生可以根据自己的条件和爱好自由选择。 课程的教授全部用英语。上海交大的教学应该有自己独特的优势，其中包括学生应该有较好的英语训练。尽可能采用英语教学应是形成上海交大整个教学特色中的一环。实践证明：由于研究生的平均外语水平比较高，在课堂上采用英语教学也以也具备可行性。由于本课程是力学课程，可接触到的英文单词有限，学生一般可以在1－2周后，完全掌握教师上课讲授的内容。没有必要中英语混杂，也没有必要专门因为要讲英语而更改教学的次序和内容。同时也应该说明：本课程从根本上讲不是外语课，外语只是作为专递信息的一个方式，因此在课堂上除教师全部用英语的笔记、英语板书、英语考卷。英语作业题和英语提问外，不要求学生一定要用英语回答。对作业和考卷上英语的错误，教师有责任更正，但不因此而扣分。这样进一步鼓励学生多用英语交流，达到提高学生英语交流能力的目的。 本课程相对国内同样教学内容，在理论基础上要求更深一步。例如要求学生讨论：在利用矩阵位移法求解过程中，高斯消元法的每一步消元和回代，在原结构上引起什么改变？又如要求学生讨论几个结构案例，说明结构刚度矩阵的病态不一定是数值计算的原因，有时是结构本身造成的。这些内容学生事后写成了论文，并被刊登在重要的纪念文集和核心刊物上【刘西拉、童 霏，关于结构矩阵分析中高斯消元法的一种物理解释，固体力学及其工程应用（张维教授九十诞辰纪念文集），黄克智、徐秉业 主编，清华大学出版社，2003，141－149】【秦 领 刘西拉，关于结构刚度方程病态问题的疑难分析，力学季刊，第26卷，第3期，2005年9月，P.370-376】。 本课程推行互动式的教学方法。由于这门课是在学生掌握结构力学的基本知识的基础上教授，一般听课人数在30人以下，完全可以采用更自由、生动活泼的互动式教学。教师在授课中要大量利用提问，如果学生可以回答的内容，老师就不必再讲。这样不会出现只听老师一方“灌输”的现象，而是大家都参与一种交互式的讨论。这也要求教师一方面要能够不断地提出各种又兴趣的问题，同时又要迅速了解每个学生的姓名和水平。这种互动式的教学方法的内涵就是充分照顾学生的个性。
课程英文简介:
Chapter 1 Introduction 1.1 Computer development 1.2 Basic frame for the solution in solid mechanics 1.3 Basic frame for Structural Mechanics 1.4 Solution methods in structural mechanics 1-3 hours Chapter 2 Equilibrium and Compatibility 2.1 Introduction 2.2 Truss-Member Coordinate System 2.3 Truss-Member Coordinate Transformation 2.4 Truss Supports 2.5 Solution for Internal Forces- Equilibrium Equations 2 -3hours 2.5.1 Symbolic Method 2.5.2 Coding Method 2.6 Solution for Nodal Displacements- Compatibility Equations 3 -3hours 2.7 Beam Member 2.8 Beam Supports 2.9 Frame Member 2.10 Frame Supports 2.11 Distributed Loads 2.12 Contragredient Law 4- 3hours Chapter 3 Member Basic Force-Displacement Relationship 3.1 Introduction 3.2 Truss-Member Basic Flexibility and Stiffness Relationship 3.3 Beam-member Basic Flexibility and Stiffness Relationship 3.4 Frame-member Basic Flexibility and Stiffness Relationship 3.5 Support Basic Force-Displacement Relationship 3.6 Flexibility and Stiffness Coefficient Symmetry Condition 5 -3hours Chapter 4 Displacement Method 4.1 Introduction 4.2 Transformation of the member basic stiffness relationships to global coordinates 4.3 Assembly and Solution of Structure Stiffness Relationships for Statically Determinate Structures 4.3.1 Symbolic Method 6 -3hours 4.3.2 Coding Method 7-3hours 4.4 Statically Indeterminate Structures 4.4.1 Statically Indeterminate Truss 4.4.2 Statically Indeterminate Frame 4.4.3 Statically Indeterminate Beam 8- 3hours 4.5 Alternative Forms of the Structure Stiffness Relationships 4.5.1 Unconstrained Coordinate Code 4.5.2 Rearranged Stiffness Relationship 9 -3hours 4.6 Structural Symmetry 10-3hours Chapter 5 Special Considerations 5.1 Introduction 5.2 Initially Strained Members 5.2.1 Fabrication Error 5.2.2 Thermal Loading 11-3hours 5.3 Special Members 5.3.1 Variable Section 5.3.2 Shear Distortions 12- 3hours 5.3.3 In-extensional Members 5.3.4 Frame Member with Hinge 5.4 Skewed Supports 13－3hours Chapter 6 Advanced Analysis 6.1 Structural Stability 6.2 Dynamic Direct Stiffness Method 6.3 Three -Dimensional Frame Member 6.4 Solution of Equations 6.5 Sub-structuring and Static Condensation 14-3hours 6.6 Errors and Conditions 15-3hours
教学大纲:
课程的内容分为两大块：第一部分是基础－结构矩阵分析。这部分要求学生在基本概念上要非常扎实，整个的教学内容要与固体力学的总框架一致，这一点比现在通用的结构力学教材更加突出。具体说：从平衡关系入手，建立杆件内外力的关系；从协调关系入手，建立杆件位移与变形的关系；通过小变形假定证明上述两种关系的内在联系。从三维框架杆件入手，将各种梁、屋架、网架单元作为其特例，建立单刚矩阵，进而建立结构总刚矩阵。介绍几种矩阵位移法的求解方法，特别重视如何表示约束条件。第二部分是应用－数据处理技术和在各种商业软件上的实现。一方面要学会如何从真实结构抽象出计算模型，另一方面要学会如何随着计算速度的加快和计算机空间的扩大，利用数据处理技术，不断在方便用户和节约时间和贮存之间更换平衡点。 在对学生的要求方面，本课程注重能力培养，“教一、做二、考三”。由于新世纪科技发展很快，一味地传递知识是不可能教好学生的。要把教学的重点从知识的传递转到能力训练上面。就是“授人以鱼”还是“授人以渔”的问题。教师送给学生的是“猎物”还是教学生如何使用“猎枪”的问题。在本门课上，“教一”的重点是把基本概念反复弄扎实。“做二”是利用作业，让学生面对过去（包括课堂上）不熟悉的情况，像做科研一样地做作业。“考三”是指考试中一定要使学生处于完全新地问题面前，要有“举一反三”的能力在有限时间里回答问题。这不仅是对基础知识的考核，也是对学生适应能力的训练。
教学进度:
考试大纲:
Grading Scheme: 成绩评定方式 Examination 1 第一次考试 20% Examination 2 第二次考试 20% Final Examination 大考 35% Home work 作业 15% Programming (Oral Exam.) 编程口试 10%